JP5086779B2 - Magnetic detection coil and magnetic field measuring device - Google Patents

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Abstract

It is an aspect of the present invention to provide a magnetic detection coil 1b made of a single wire of one of superconducting and metallic materials. Four second-order differential coils 21 to 24 are arranged so that a geometric figure obtained by connecting the respective centers of said four differential coils can form a parallelogram. By providing intersections 25 to 27 between said four second-order differential coils 21 to 24, the values of magnetic flux respectively penetrating said differential coils 21 to 24 are differentiated in three different directions. The present invention is able to detect magnetic signals stably, despite a current direction of the signal source.

Description

本発明は、磁気検出コイルおよび磁場計測装置の技術に関する。   The present invention relates to a technology of a magnetic detection coil and a magnetic field measurement device.

従来、心磁計測や脳磁計測に用いられる生体磁場計測装置は、対象となる生体の磁気信号を超伝導線から構成される磁気検出コイルによって検出し、超伝導量子干渉素子(Superconducting Quantum Interference Device:以後SQUIDと略す)に伝達するという方法が採用されている。SQUIDは、超伝導リングにJosephson接合を持つ構造を持ち、SQUIDを貫く磁束に応じて、Josephson接合両端の電圧が周期Φ=h/2e(Wb)で周期的に変化する。 Conventionally, a biomagnetic field measurement device used for magnetocardiography and magnetoencephalography measurement detects a magnetic signal of a target living body by a magnetic detection coil composed of a superconducting wire, and superconducting quantum interference device (Superconducting Quantum Interference Device) : Hereinafter referred to as SQUID). The SQUID has a structure having a Josephson junction in the superconducting ring, and the voltage at both ends of the Josephson junction periodically changes with a period Φ 0 = h / 2e (Wb) according to the magnetic flux penetrating the SQUID.

心磁計あるいは脳磁計などの生体磁場計測装置では、一般的に、超伝導線で構成される磁気検出コイルにより計測対象の磁気信号を磁束として検出し、検出した磁束をSQUIDに伝達するという方法が採用されている。磁気検出コイルは、環境磁場によるノイズを除去し、S/N(Signal/Noise)比を高める役割を担う。   In a biomagnetic field measurement apparatus such as a magnetocardiograph or a magnetoencephalograph, generally, a magnetic signal to be measured is detected as a magnetic flux by a magnetic detection coil formed of a superconducting wire, and the detected magnetic flux is transmitted to the SQUID. It has been adopted. The magnetic detection coil serves to remove noise due to the environmental magnetic field and increase the S / N (Signal / Noise) ratio.

図9は、一般的な磁場計測装置におけるFLL(Flux Locked Loop)回路の構成を示す図である。
FLL回路1300において、磁気検出コイル1301を貫く磁束によって発生する電流は、磁気検出コイル1301と入力コイル1302とを流れる。その結果、入力コイル1302は磁束を発生し、これがSQUID1303に伝達される。SQUID1303は、超伝導リングにJosephson接合を持つ構造であり、バイアス電流源1305により、SQUID1303にはバイアス電流が印加される。SQUID1303を貫く磁束に応じて、SQUID1303の両端の電圧は周期Φ=h/2e(Wb)で周期的に変化する。FLL回路1300においては、SQUID1303の後段にフィードバック回路を設け、プリアンプ1306、積分器1307、フィードバック抵抗1308を介した後に、フィードバックコイル1304によってSQUID1303を貫く磁束の変化を打ち消すように磁束がフィードバックされる。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an FLL (Flux Locked Loop) circuit in a general magnetic field measurement apparatus.
In the FLL circuit 1300, the current generated by the magnetic flux passing through the magnetic detection coil 1301 flows through the magnetic detection coil 1301 and the input coil 1302. As a result, the input coil 1302 generates magnetic flux, which is transmitted to the SQUID 1303. The SQUID 1303 has a structure having a Josephson junction in a superconducting ring, and a bias current is applied to the SQUID 1303 by a bias current source 1305. In accordance with the magnetic flux penetrating the SQUID 1303, the voltage across the SQUID 1303 changes periodically with a period Φ 0 = h / 2e (Wb). In the FLL circuit 1300, a feedback circuit is provided in the subsequent stage of the SQUID 1303, and after passing through the preamplifier 1306, the integrator 1307, and the feedback resistor 1308, the magnetic flux is fed back by the feedback coil 1304 so as to cancel the change of the magnetic flux passing through the SQUID 1303.

そして、フィードバック抵抗1308の両端の電位差を取得することで、フィードバックコイル1304を流れる電流値を得ることができる。そして、この電流値を基に、SQUID1303を貫く磁束を算出することができる。
このような構成を持つ回路はFLL回路と呼ばれる。FLL回路1300により磁気検出コイル1301で検出した磁場に比例した電圧出力を得ることができる。
ここで、図10を参照して、生体磁場計測装置に使用される一般的な磁気検出コイルについて説明する。
The current value flowing through the feedback coil 1304 can be obtained by obtaining the potential difference between both ends of the feedback resistor 1308. And based on this electric current value, the magnetic flux which penetrates SQUID1303 is computable.
A circuit having such a configuration is called an FLL circuit. A voltage output proportional to the magnetic field detected by the magnetic detection coil 1301 can be obtained by the FLL circuit 1300.
Here, with reference to FIG. 10, a general magnetic detection coil used in the biomagnetic field measurement apparatus will be described.

図10は、生体磁場計測装置に使用される一般的な磁気検出コイルの模式図であり、(a)は、0次微分型コイル(マグネトメータ)、(b)は、1次微分型コイル、(c)は、2次微分型コイル、(d)は、薄膜基板上に形成された0次微分型コイル、(e)は、薄膜基板上に形成された1次微分型コイルである。
このように、磁気検出コイルは、超伝導線を円柱型のボビンに巻きつけて構成する方式、あるいは基板上に薄膜を形成して構成する方式が一般的に採用されている。
図10(a)の0次微分型コイル181は、ボビン1811に超伝導線材を1ターン巻きつけて形成したコイル181aを持つ。この構成により、0次微分型コイル181が検出する下記(式1)の磁束Φはコイル181aを貫く磁束Φ181aを用いて、次のように表される。
FIG. 10 is a schematic diagram of a general magnetic detection coil used in a biomagnetic field measurement apparatus, where (a) is a zero-order differential type coil (magnetometer), (b) is a primary differential type coil, (C) is a secondary differential coil, (d) is a zero-order differential coil formed on the thin film substrate, and (e) is a primary differential coil formed on the thin film substrate.
Thus, the magnetic detection coil generally employs a method in which a superconducting wire is wound around a cylindrical bobbin or a method in which a thin film is formed on a substrate.
10A has a coil 181a formed by winding a superconducting wire around a bobbin 1811 for one turn. With this configuration, the following magnetic flux Φ M detected by the zeroth-order differential type coil 181 is expressed as follows using the magnetic flux Φ 181a penetrating the coil 181a.

Φ=Φ181a ・・・(式1) Φ M = Φ 181a (Formula 1)

つまり、磁束Φはコイル181aを貫く磁束Φ181aと等しいので、0次微分型コイル181は、後記する1次微分型コイルまたは2次微分型コイルに比べて大きい磁気信号が得られる一方で、環境磁場が全く低減されない。すなわち環境磁場によるノイズの影響をダイレクトに検出してしまう。従って、0次微分型コイル181は、磁気シールドルーム内で使用されることが多い。 That is, since the magnetic flux Φ M is equal to the magnetic flux Φ 181a passing through the coil 181a, the 0th-order differential type coil 181 can obtain a larger magnetic signal than the first-order differential type coil or the secondary differential type coil described later, The environmental magnetic field is not reduced at all. That is, the influence of noise due to the environmental magnetic field is directly detected. Therefore, the zeroth-order differential type coil 181 is often used in a magnetic shield room.

なお、本明細書では、コイルの中心間の距離を中心間距離と記載することとする。
また、図10(a)に示す磁束Φが正の磁気信号であるとしたとき、0次微分型コイル181には検出コイルに沿って描かれた細い矢印の方向に電流が流れる。以後、図10(a)にように磁束が上向きの磁気信号を正の磁気信号であるとし、正の磁気信号が検出されたときにコイルに流れる電流の方向を細い矢印によって表すものとする。
図10(b)の1次微分型コイル182は、ボビン1821に超伝導線材を第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル182aと、コイル182aから後記する垂直方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向とは逆向きである第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル182bを持つ。この構成により、1次微分型コイル182が検出する下記(式2)の磁束ΦG1は、コイル182aを貫く磁束Φ182aとコイル182bを貫く磁束Φ182bとを用いて、次のように表される。
In this specification, the distance between the centers of the coils is referred to as a center-to-center distance.
Further, when the magnetic flux [Phi M shown in FIG. 10 (a) was a positive magnetic signal, 0-order differential in the coil 181 current flows in a direction of the drawn thin arrows along the detection coil. Hereinafter, as shown in FIG. 10A, a magnetic signal whose magnetic flux is upward is assumed to be a positive magnetic signal, and the direction of the current flowing in the coil when a positive magnetic signal is detected is represented by a thin arrow.
The primary differential coil 182 of FIG. 10B is separated from the coil 182a formed by winding a superconducting wire around the bobbin 1821 in the first direction by a predetermined distance in the vertical direction described later. The coil 182b formed by winding one turn in the second direction opposite to the first direction is provided at the portion. With this configuration, the magnetic flux [Phi G1 below the first-order differential coil 182 is detected (Equation 2), by using the magnetic flux [Phi 182b penetrating the magnetic flux [Phi 182a and coil 182b penetrating the coil 182a, it is expressed as follows The

ΦG1=Φ182a−Φ182b ・・・(式2) Φ G1 = Φ 182a −Φ 182b (Expression 2)

ここで、磁束Φ182bが負の値となっているのは、コイル182bが逆向きに巻かれていることに起因する。
なお、本明細書では、このように差分をとることを適宜「微分する」と表現する。そして、1回差分をとることを1次微分、2回差分をとることを2次微分と表現する。
ここで、コイル182aは、検出対象の近傍に存在し、コイル182bは、比較的遠方に存在する。このため、空間的に一様な環境磁場は打ち消され、検出対象の磁束のみが検出される。
Here, the magnetic flux Φ 182b has a negative value because the coil 182b is wound in the opposite direction.
In this specification, taking the difference in this way is expressed as “differentiating” as appropriate. Taking a difference once is expressed as primary differentiation, and taking a difference twice is called secondary differentiation.
Here, the coil 182a exists in the vicinity of the detection target, and the coil 182b exists relatively far away. For this reason, the spatially uniform environmental magnetic field is canceled and only the magnetic flux to be detected is detected.

なお、本明細書では、コイル面に対し、垂直な方向を垂直方向、コイル面に対し平行な方向を水平方向とする。なお、垂直方向を磁場計測方向とすることができる。
図10(c)の2次微分型コイル183は、ボビン1831に超伝導線材を第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル183aと、コイル183aから垂直方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向とは逆向きの第2の方向に2ターン巻きつけて形成したコイル183bと、コイル183bから垂直方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル183cを持つ。この構成により、2次微分型コイル183が検出する下記(式3)の磁束ΦG2は、コイル183aを貫く磁束Φ183aとコイル183bを貫く磁束Φ183bとコイル183cを貫く磁束Φ183cとを用いて、次のように表される。
In this specification, a direction perpendicular to the coil surface is defined as a vertical direction, and a direction parallel to the coil surface is defined as a horizontal direction. The vertical direction can be the magnetic field measurement direction.
The second-order differential type coil 183 in FIG. 10C includes a coil 183a formed by winding a superconducting wire around the bobbin 1831 in the first direction, and a location separated from the coil 183a by a predetermined distance in the vertical direction. A coil 183b formed by winding two turns in a second direction opposite to the first direction, and one turn in the first direction at a predetermined distance in the vertical direction from the coil 183b. It has the formed coil 183c. With this configuration, the magnetic flux [Phi G2 below the second-order differential coil 183 is detected (Equation 3), using the magnetic flux [Phi 183c penetrating the magnetic flux [Phi 183b and coil 183c penetrating the magnetic flux [Phi 183a and coil 183b penetrating the coil 183a Is expressed as follows.

ΦG2=Φ183a−2Φ183b+Φ183c ・・・(式3) Φ G2 = Φ 183a -2Φ 183b + Φ 183c ··· ( Equation 3)

このように、2次微分型コイル183では、垂直方向に対し、2段階に分けて微分することによって、空間的に一様な環境磁場または1次勾配をもつ環境磁場を低減することができる。その結果、空間的に一様な環境磁場のみを低減することができる1次微分型コイルを用いた場合よりも環境磁場を低減することができる。一方で、磁気信号がコイル183bを貫く磁束Φ183bやコイル183cを貫く磁束Φ183cに含まれる場合は磁気信号も低減されて2次微分型コイル183に検出される。 As described above, the second-order differential coil 183 can reduce an environmental magnetic field having a spatially uniform or first-order gradient by performing differentiation in two stages with respect to the vertical direction. As a result, the environmental magnetic field can be reduced as compared with the case where the primary differential type coil that can reduce only the spatially uniform environmental magnetic field is used. On the other hand, the magnetic signal is detected on the magnetic signal be reduced second-order differential coil 183 if included in the magnetic flux [Phi 183c penetrating the magnetic flux [Phi 183b and coil 183c penetrating the coil 183b.

超伝導線材を用いずに磁気検出コイルを構成する方法として、超伝導薄膜を用いる方法がある。図10(d)では、超伝導薄膜を基板1841上に形成させることによって、0次微分型コイル184を構成している。コイル184aで検出された磁束Φ184aは、基板1841上に形成されたSQUID1842に伝達される。図10(e)では、同様に超伝導薄膜を基板1851上に、互いに逆向きのコイル185a,185bを形成することによって、1次微分型コイル185を構成している。コイル185aで検出された磁束Φ185aと、コイル22bで検出された磁束Φ185bの差分Φ185a−Φ185bが基板1851上に形成されたSQUID1852に伝達される。この超伝導薄膜を用いる方法の効果としては、磁気検出コイルの面積を正確に指定して形成できるという点がある。 As a method of configuring a magnetic detection coil without using a superconducting wire, there is a method using a superconductive thin film. In FIG. 10D, a zero-order differential type coil 184 is formed by forming a superconducting thin film on a substrate 1841. Magnetic flux Φ 184a detected by coil 184a is transmitted to SQUID 1842 formed on substrate 1841. In FIG. 10 (e), similarly, a first-order differential type coil 185 is formed by forming superconducting thin films on a substrate 1851 with coils 185a and 185b opposite to each other. And the magnetic flux [Phi 185a detected by the coil 185a, the difference [Phi 185a - [Phi] 185b of the magnetic flux [Phi 185b detected by the coil 22b is transmitted to SQUID1852 formed on the substrate 1851. As an effect of the method using the superconducting thin film, there is a point that the area of the magnetic detection coil can be specified accurately and formed.

また、これらの微分型コイルの考え方を基本として、これまでに磁気検出コイルの配置の形状として、幾つかの種類が提案されており、そのような配置のひとつとして、微分次数の異なる複数種の磁気検出コイルを同一測定点に配置し、生体内の磁場源または磁場源分布を演算し、推定する方法が特許文献1にて提案されている。   In addition, based on the concept of these differential coils, several types of magnetic detection coil arrangements have been proposed so far. As one of such arrangements, a plurality of types with different differential orders are proposed. Patent Document 1 proposes a method of calculating and estimating a magnetic field source or a magnetic field source distribution in a living body by arranging magnetic detection coils at the same measurement point.

図11は、特許文献2に係る磁気検出コイルを示す斜視図である。
特許文献2では、例えば図11の磁気検出コイル200のように、異なる2方向の磁場勾配を差分する磁気検出コイルが提案されている。ここで、図11に示す磁気検出コイル200は、図10(c)に示す2次微分型コイル201a,201bを、x軸方向に差分をとるよう構成されている。
特開平09−084777号公報 特開2007−108083号公報
FIG. 11 is a perspective view showing a magnetic detection coil according to Patent Document 2. As shown in FIG.
Patent Document 2 proposes a magnetic detection coil that makes a difference between magnetic field gradients in two different directions, such as the magnetic detection coil 200 of FIG. Here, the magnetic detection coil 200 shown in FIG. 11 is configured to take a difference in the x-axis direction from the secondary differential coils 201a and 201b shown in FIG.
JP 09-084777 A JP 2007-108083 A

しかしながら、従来の微分型コイルは、図10に示すような、ある1方向に微分された磁場を検出する構成では、磁気シールドレス環境など、環境磁場が大きい場合において環境磁場が十分に低減されないという課題があった。環境磁場を低減するためには、微分型コイルの次数を高くするという方法があるが、この方法では、環境磁場は低減するものの、検出対象である磁気信号も同時に低減してしまうという問題がある。
また、超伝導薄膜を用いる方法では、薄膜の性質上、磁気検出コイルを立体的な構造に形成するのが困難であるという問題がある。
また、微分型コイルの次数を上げれば、環境磁場は低減するが、一方で磁気信号も低減するというトレードオフが存在する。従来、生体磁場計測においては、環境磁場の大きさに応じて、磁気シールドルームを併用しながら、マグネトメータ、1次微分型コイルまたは2次微分型コイルが一般的に採用されてきた。
However, the conventional differential type coil is configured to detect a magnetic field differentiated in one direction as shown in FIG. 10, the environmental magnetic field is not sufficiently reduced when the environmental magnetic field is large, such as a magnetic shield dress environment. There was a problem. In order to reduce the environmental magnetic field, there is a method of increasing the order of the differential type coil. However, this method has a problem that although the environmental magnetic field is reduced, the magnetic signal to be detected is also reduced at the same time. .
Further, the method using a superconducting thin film has a problem that it is difficult to form the magnetic detection coil in a three-dimensional structure due to the properties of the thin film.
Further, if the order of the differential coil is increased, the environmental magnetic field is reduced, but there is a trade-off that the magnetic signal is also reduced. Conventionally, in biomagnetic field measurement, a magnetometer, a first-order differential type coil, or a second-order differential type coil has been generally employed while using a magnetic shield room in accordance with the magnitude of the environmental magnetic field.

さらに、図10(a)〜(c)に示す立体構造を有する種類の磁気検出コイルと、図10(d)および(e)に示す超伝導薄膜上に形成される種類の磁気検出コイルとは、その使用目的、構造および製造方法が異なるため、これら2種類のコイルを組み合わせることを発想するのは困難である。   Furthermore, the type of magnetic detection coil having the three-dimensional structure shown in FIGS. 10A to 10C and the type of magnetic detection coil formed on the superconducting thin film shown in FIGS. It is difficult to conceive of combining these two types of coils, because their purpose of use, structure and manufacturing method are different.

また、特許文献2の方法では、特許文献1に記載の技術などよりも環境磁場は低減するものの、信号源となる電流の方向によって信号強度も減少してしまうという問題がある。すなわち、図11を参照して説明すると、x軸に対し、平行に流れる電流では、良好な検出感度を示すが、y軸に対し、平行に流れる電流、すなわち、磁気検出コイル200を構成する2次微分型コイルの中心を結ぶ線に対し、垂直な方向に流れる電流に対しては、検出感度が、大幅に低減するという問題がある。さらに、環境磁場が、大きい場合には十分に環境磁場が低減されないという問題がある。   In addition, the method of Patent Document 2 has a problem that although the environmental magnetic field is reduced as compared with the technique described in Patent Document 1, the signal intensity is also decreased depending on the direction of the current as a signal source. That is, with reference to FIG. 11, a current that flows parallel to the x-axis exhibits good detection sensitivity, but a current that flows parallel to the y-axis, that is, 2 constituting the magnetic detection coil 200. There is a problem that the detection sensitivity is greatly reduced for a current flowing in a direction perpendicular to the line connecting the centers of the second differential coils. Further, when the environmental magnetic field is large, there is a problem that the environmental magnetic field is not sufficiently reduced.

すなわち、従来の微分型コイルでは、環境磁場が大きい場合には、環境磁場が十分に低減されないという問題や、信号源となる電流の方向によって信号強度も環境磁場と共に減少してしまうという問題がある。   That is, the conventional differential coil has a problem that when the environmental magnetic field is large, the environmental magnetic field is not sufficiently reduced, and the signal intensity also decreases with the environmental magnetic field depending on the direction of the current as a signal source. .

前記問題に鑑みて、本発明では、信号源の電流方向によらずに、安定した磁気信号の検出を可能とすることを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to enable stable magnetic signal detection regardless of the current direction of a signal source.

前記課題を解決するため、本発明は、1本の線材である超伝導体または金属部材によって構成される磁気検出コイルであって、第1の微分型コイル、および前記第1の微分型コイルと隣り合う第2の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、第3の微分型コイル、および前記第3の微分型コイルと隣り合う第4の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、前記第1の微分型コイル、および前記第1の微分型コイルと隣り合う前記第3の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、当該4つの微分型コイルの中心を結んだ図形が平行四辺形となるよう配置されることを特徴とする磁気検出コイル、およびこの磁気検出コイルを使用した磁場計測装置である。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a magnetic detection coil including a superconductor or a metal member that is a single wire, and includes a first differential coil and the first differential coil; Adjacent second differential coils are connected such that the value of the magnetic flux passing through each differential coil is different, and the third differential coil and the fourth differential coil adjacent to the third differential coil are connected. The type coil is connected so that the value of the magnetic flux passing through each differential type coil is differentiated, and the first differential type coil and the third differential type coil adjacent to the first differential type coil are: A magnetic detection coil characterized in that the magnetic flux passing through each differential type coil is connected so as to be differentiated, and the figure connecting the centers of the four differential type coils is arranged in a parallelogram ; and This magnetic detection coil A magnetic field measurement apparatus use.

本発明によれば、信号源の電流方向によらずに、安定した磁気信号の検出が可能となる。   According to the present invention, a stable magnetic signal can be detected regardless of the current direction of the signal source.

次に、本発明を実施するための最良の形態(「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下の図面においては、同一機能をもつ構成要素には同じ参照番号を付している。   Next, the best mode for carrying out the present invention (referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the following drawings, components having the same functions are denoted by the same reference numerals.

以下の実施形態における装置で使用される磁気検出コイル1を構成する超伝導材料として、低温(例えば、液体ヘリウム温度)において超伝導体として作用する低温の超伝導転移温度をもつ低温超伝導材料、または高温(例えば、液体窒素温度)で超伝導体として作用する高温の超伝導転移温度をもつ高温超伝導材料が使用できる。液体ヘリウム温度と液体窒素温度の間の超伝導転移温度とをもつ超伝導材料、液体窒素温度より高い超伝導転移温度をもつ超伝導材料を使用してもよい。また、磁気検出コイル1を構成する部材は、銅等の電気伝導率の高い金属も使用できるものとする。   Low-temperature superconducting material having a low-temperature superconducting transition temperature acting as a superconductor at a low temperature (for example, liquid helium temperature) as a superconducting material constituting the magnetic detection coil 1 used in the apparatus in the following embodiments, Alternatively, a high temperature superconducting material having a high temperature superconducting transition temperature that acts as a superconductor at high temperatures (eg, liquid nitrogen temperature) can be used. A superconducting material having a superconducting transition temperature between the liquid helium temperature and the liquid nitrogen temperature, or a superconducting material having a superconducting transition temperature higher than the liquid nitrogen temperature may be used. Moreover, the metal which comprises the magnetic detection coil 1 shall use a metal with high electrical conductivity, such as copper.

[磁気検出コイル その1]
図1は、本実施形態における磁気検出コイルを示す斜視図である。
本実施形態の磁気検出コイル1a(1)は、1本の線材で構成されている1次微分型コイル11〜14を有して構成されている。
1次微分型コイル11(第1の微分型コイル)は、ボビンに超伝導線材を第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル11aと、コイル11aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向とは逆向きの第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル11bとを有している。コイル11aと、コイル11bとを逆向きとすることで、コイル11aで検出した磁束から、コイル11bで検出した磁束を差分する(第1の方向の差分)。
そして、1次微分型コイル12(第2の微分型コイル)は、1次微分型コイル11と隣り合い、コイル11aからx軸の負の方向に所定の距離だけ離れた箇所に存在するボビンに超伝導線材を第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル12aと、コイル12aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル12bとを有している。さらに、1次微分型コイル13(第3の微分型コイル)は、1次微分型コイル11と隣り合い、コイル11aからy軸の負の方向に所定の距離だけ離れた箇所に存在するボビンに超伝導線材を第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル13aと、コイル13aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル13bとを有している。また、1次微分型コイル14(第4の微分型コイル)は、1次微分型コイル13と隣り合い、コイル13aからx軸の負の方向に所定の距離だけ離れた箇所に存在するボビンに超伝導線材を第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル14aと、コイル14aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル14bとを有してなる。
1次微分型コイル12〜14においても、1次微分型コイル11と同様の方法で、第1の方向の差分をとる。
[Magnetic detection coil 1]
FIG. 1 is a perspective view showing a magnetic detection coil in the present embodiment.
The magnetic detection coil 1a (1) of the present embodiment is configured to have primary differential coils 11 to 14 configured by one wire.
The primary differential coil 11 (first differential coil) includes a coil 11a formed by winding a superconducting wire around a bobbin in a first direction, and a predetermined direction from the coil 11a in the positive z-axis direction. A coil 11b formed by winding one turn in a second direction opposite to the first direction is provided at a location separated by a distance. By reversing the coils 11a and 11b, the magnetic flux detected by the coil 11b is subtracted from the magnetic flux detected by the coil 11a (difference in the first direction).
The primary differential coil 12 (second differential coil) is a bobbin that is adjacent to the primary differential coil 11 and is located at a predetermined distance from the coil 11a in the negative x-axis direction. A coil 12a formed by winding a superconducting wire in the second direction for one turn, and formed by winding one turn in the first direction at a predetermined distance from the coil 12a in the positive direction of the z-axis. And a coil 12b. Further, the primary differential type coil 13 (third differential type coil) is a bobbin that is adjacent to the primary differential type coil 11 and is located at a predetermined distance from the coil 11a in the negative direction of the y-axis. A coil 13a formed by winding a superconducting wire in the second direction for one turn and formed by winding one turn in the first direction at a predetermined distance from the coil 13a in the positive direction of the z-axis. And a coil 13b. The primary differential coil 14 (fourth differential coil) is a bobbin that is adjacent to the primary differential coil 13 and is located at a predetermined distance from the coil 13a in the negative x-axis direction. A coil 14a formed by winding a superconducting wire in the first direction for one turn, and formed by winding one turn in the second direction at a predetermined distance from the coil 14a in the positive direction of the z-axis. And a coil 14b.
Also in the primary differential coils 12 to 14, the difference in the first direction is obtained in the same manner as the primary differential coil 11.

そして、交差部15で線材を交差させることにより、1次微分型コイル12で検出した磁束から、1次微分型コイル11で検出した磁束を差分する(第2の方向の差分)。同様に、交差部16で線材を交差させることにより、1次微分型コイル14で検出した磁束から、1次微分型コイル13で検出した磁束を差分する(第2の方向の差分)。
さらに、交差部17で線材を交差させることにより、1次微分型コイル13および1次微分型コイル14における第2の方向の差分結果から、1次微分型コイル12および1次微分型コイル11における第2の方向の差分結果をさらに差分する(第3の方向の差分)。
And the magnetic flux detected by the primary differential type | mold coil 11 is differentiated from the magnetic flux detected by the primary differential type | mold coil 12 by making a cross | intersection part 15 cross | intersect (difference of a 2nd direction). Similarly, the magnetic flux detected by the primary differential coil 13 is subtracted from the magnetic flux detected by the primary differential coil 14 by crossing the wire at the intersection 16 (difference in the second direction).
Furthermore, by crossing the wire at the intersection 17, the difference in the second direction between the primary differential coil 13 and the primary differential coil 14 is obtained from the primary differential coil 12 and the primary differential coil 11. The difference result in the second direction is further differentiated (difference in the third direction).

ここで、磁気検出コイル1aは、前記したように、1本の線材からなる。また、コイル11a、コイル12a、コイル13a、コイル14aはそれぞれ同一平面上に存在し、またコイル11b、コイル12b、コイル13b、コイル14bはそれぞれ同一平面上に存在する。つまり、4個の1次微分型コイルが、所定の間隔で並列に配置されている。   Here, as described above, the magnetic detection coil 1a is made of one wire. Moreover, the coil 11a, the coil 12a, the coil 13a, and the coil 14a exist on the same plane, respectively, and the coil 11b, the coil 12b, the coil 13b, and the coil 14b exist on the same plane, respectively. That is, four first-order differential type coils are arranged in parallel at a predetermined interval.

この構成により、磁気検出コイル1aが検出する磁束ΦP1は、コイル11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14bの各コイルを貫く磁束をそれぞれ、Φ11a、Φ11b、Φ12a、Φ12b、Φ13a、Φ13b、Φ14a、Φ14bとおくと、(式4)のように表すことができる。 With this configuration, the magnetic flux Φ P1 detected by the magnetic detection coil 1a is the magnetic flux penetrating each of the coils 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, and 14b, Φ 11a , Φ 11b , Φ 12a , If Φ 12b , Φ 13a , Φ 13b , Φ 14a , and Φ 14b are set, they can be expressed as (Equation 4).

ΦP1=[(Φ11a−Φ11b)−(Φ12a−Φ12b)]−[(Φ13a−Φ13b)−(Φ14a−Φ14b)] ・・・(式4) Φ P1 = [(Φ 11a -Φ 11b) - (Φ 12a -Φ 12b)] - [(Φ 13a -Φ 13b) - (Φ 14a -Φ 14b)] ··· ( Equation 4)

つまり、本実施形態の磁気検出コイル1aは、z軸方向に1次微分(小括弧内:第1の方向の差分)された磁場をx軸方向に1次微分し(大括弧内:第2の方向の差分)、さらにy軸方向に1次微分(第3の方向の差分)する磁気検出コイルである。すなわち、磁気検出コイル1aは、3つの異なる方向にそれぞれ1次微分された磁場を検出する磁気検出コイルである。この構成により、磁気検出コイル1aは、図10(b)の1次微分型コイル182を用いた場合よりも、計3回にわたって環境磁場を減算するため、環境磁場を低減することができる。   That is, the magnetic detection coil 1a of the present embodiment first-order differentiates the magnetic field that is first-order differentiated in the z-axis direction (inside parentheses: difference in the first direction) in the x-axis direction (inside brackets: second). ), And further a first-order differentiation (difference in the third direction) in the y-axis direction. That is, the magnetic detection coil 1a is a magnetic detection coil that detects magnetic fields that are first-order differentiated in three different directions. With this configuration, the magnetic detection coil 1a subtracts the environmental magnetic field three times in total, compared with the case where the primary differential coil 182 of FIG.

[磁気検出コイル その2]
図2は、本実施形態における磁気検出コイルを示す斜視図である。
磁気検出コイル1b(1)は、1本の線材で構成されている2次微分型コイル21〜24を有して構成されている。
2次微分型コイル21(第1の微分型コイル)は、ボビンに超伝導線材を第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル21aと、コイル21aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向とは逆向きの第2の方向に2ターン巻きつけて形成したコイル21bと、コイル21bからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル21cとを有してなる。このような構成とすることで、コイル21aで検出した磁束およびコイル21cで検出した磁束の加算値から、コイル21bで検出した磁束の2倍の値を減算する(第1の方向の差分)。
[Magnetic detection coil 2]
FIG. 2 is a perspective view showing a magnetic detection coil in the present embodiment.
The magnetic detection coil 1b (1) has secondary differential type coils 21 to 24 made of a single wire.
The secondary differential type coil 21 (first differential type coil) includes a coil 21a formed by winding a superconducting wire around a bobbin in the first direction for a predetermined turn in the positive z-axis direction from the coil 21a. A coil 21b formed by winding two turns in a second direction opposite to the first direction at a location separated by a distance, and a location separated from the coil 21b by a predetermined distance in the positive z-axis direction. And a coil 21c formed by winding it one turn in one direction. By setting it as such a structure, the double value of the magnetic flux detected by the coil 21b is subtracted from the addition value of the magnetic flux detected by the coil 21a and the magnetic flux detected by the coil 21c (difference in the first direction).

そして、2次微分型コイル22(第2の微分型コイル)は、2次微分型コイル21と隣り合い、コイル21aからx軸の負の方向に所定の距離だけ離れた箇所に存在するボビンに超伝導線材を第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル22aと、コイル22aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に2ターン巻きつけて形成したコイル22bと、コイル22bからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル22cとを有してなる。   The secondary differential coil 22 (second differential coil) is a bobbin that is adjacent to the secondary differential coil 21 and is located at a predetermined distance from the coil 21a in the negative x-axis direction. A coil 22a formed by winding a superconducting wire in the second direction for one turn and formed by winding two turns in the first direction at a predetermined distance from the coil 22a in the positive direction of the z-axis. The coil 22b and the coil 22c formed by winding one turn in the second direction at a predetermined distance from the coil 22b in the positive z-axis direction.

さらに、2次微分型コイル23(第3の微分型コイル)は、2次微分型コイル21と隣り合い、コイル21aからy軸の負の方向に所定の距離だけ離れた箇所に存在するボビンに超伝導線材を第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル23aと、コイル23aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に2ターン巻きつけて形成したコイル23bと、コイル23bからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第2の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル23cとを有してなる。また、2次微分型コイル24(第3の微分型コイル)は、2次微分型コイル23と隣り合い、コイル23aからx軸の負の方向に所定の距離だけ離れた箇所に存在するボビンに超伝導線材を第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル24aと、コイル24aからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第2の方向に2ターン巻きつけて形成したコイル24bと、コイル24bからz軸の正の方向に所定の距離だけ離れた箇所に第1の方向に1ターン巻きつけて形成したコイル24cとを有する。
2次微分型コイル22〜24においても、2次微分型コイル21と同様の方法で、第1の方向の差分をとる。
Further, the secondary differential coil 23 (third differential coil) is a bobbin that is adjacent to the secondary differential coil 21 and is located at a predetermined distance from the coil 21a in the negative direction of the y-axis. A coil 23a formed by winding a superconducting wire in the second direction for one turn, and formed by winding two turns in the first direction at a predetermined distance from the coil 23a in the positive direction of the z-axis. The coil 23b and the coil 23c formed by winding one turn in the second direction at a predetermined distance from the coil 23b in the positive z-axis direction. The secondary differential coil 24 (third differential coil) is a bobbin that is adjacent to the secondary differential coil 23 and is located at a predetermined distance from the coil 23a in the negative x-axis direction. A coil 24a formed by winding a superconducting wire in the first direction for one turn and formed by winding two turns in the second direction at a predetermined distance from the coil 24a in the positive direction of the z-axis. A coil 24b and a coil 24c formed by winding one turn in the first direction at a predetermined distance from the coil 24b in the positive z-axis direction.
Also in the secondary differential coils 22 to 24, the difference in the first direction is obtained in the same manner as the secondary differential coil 21.

そして、交差部25で線材を交差させることにより、2次微分型コイル22で検出した磁束から、2次微分型コイル21で検出した磁束を差分する(第2の方向の差分)。同様に、交差部26で線材を交差させることにより、2次微分型コイル24で検出した磁束から、2次微分型コイル23で検出した磁束を差分する(第2の方向の差分)。
さらに、交差部27で線材を交差させることにより、2次微分型コイル23および2次微分型コイル24における第2の方向の差分結果から、2次微分型コイル22および2次微分型コイル21における第2の方向の差分結果をさらに差分する(第3の方向の差分)。
Then, the magnetic flux detected by the secondary differential coil 21 is subtracted from the magnetic flux detected by the secondary differential coil 22 by causing the wire rods to intersect at the intersection 25 (difference in the second direction). Similarly, the magnetic flux detected by the secondary differential coil 23 is subtracted from the magnetic flux detected by the secondary differential coil 24 by crossing the wire rods at the intersection 26 (difference in the second direction).
Further, by crossing the wire rods at the intersecting portion 27, the difference in the second direction between the secondary differential coil 23 and the secondary differential coil 24 is obtained from the secondary differential coil 22 and the secondary differential coil 21. The difference result in the second direction is further differentiated (difference in the third direction).

ここで、磁気検出コイル1bは、前記したように1本の線材からなる。ここで、コイル21a、コイル22a、コイル23a、コイル24aはそれぞれ同一平面上に存在し、コイル21b、コイル22b、コイル23b、コイル24bはそれぞれ同一平面上に存在し、またコイル21c、コイル22c、コイル23c、コイル24cはそれぞれ同一平面上に存在する。つまり、4個の2次微分型コイルが、所定の間隔で並列に配置されている。   Here, the magnetic detection coil 1b is made of one wire as described above. Here, the coil 21a, the coil 22a, the coil 23a, and the coil 24a are on the same plane, the coil 21b, the coil 22b, the coil 23b, and the coil 24b are on the same plane, and the coil 21c, the coil 22c, The coil 23c and the coil 24c exist on the same plane. That is, four secondary differential coils are arranged in parallel at a predetermined interval.

この構成により、磁気検出コイル1bが検出する下記(式5)の磁束ΦP2は、コイル21a、21b、21c、22a、22b、22c、23a、23b、23c、24a、24b、24cの各コイルを貫く磁束をそれぞれ、Φ21a、Φ21b、Φ21c、Φ22a、Φ22b、Φ22c、Φ23a、Φ23b、Φ23c、Φ24a、Φ24b、Φ24cとおくと、次のように表すことができる。 With this configuration, the magnetic flux [Phi P2 follows (Equation 5) where the magnetic detection coil 1b is detected, the coil 21a, 21b, 21c, 22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c, 24a, 24b, the respective coils of 24c When the penetrating magnetic fluxes are denoted as Φ 21a , Φ 21b , Φ 21c , Φ 22a , Φ 22b , Φ 22c , Φ 23a , Φ 23b , Φ 23c , Φ 24a , Φ 24b , Φ 24c , respectively, the following is expressed. Can do.

ΦP2=[(Φ21a−2Φ21b+Φ21c)−(Φ22a−2Φ22b+Φ22c)]−[(Φ23a−2Φ23b+Φ23c)−(Φ24a−2Φ24b+Φ24c)] ・・・(式5) Φ P2 = [(Φ 21a -2Φ 21b + Φ 21c) - (Φ 22a - 22b + Φ 22c)] - [(Φ 23a - 23b + Φ 23c) - (Φ 24a - 24b + Φ 24c)] ··· ( Formula 5)

つまり、本実施形態の磁気検出コイル1bは、z軸方向に2次微分された(小括弧内:第1の方向の差分)磁場をx軸方向に1次微分し(大括弧内:第2の方向の差分)、さらにy軸方向に1次微分する(第3の方向の差分)磁気検出コイル1bである。すなわち、磁気検出コイル1bは、3つの異なる方向にそれぞれ1次微分あるいは2次微分された磁場を検出する磁気検出コイルである。この構成により、磁気検出コイル1bは、図10(c)の2次微分型コイル183を用いた場合よりも環境磁場を低減することができる。   That is, the magnetic detection coil 1b of the present embodiment first-order differentiates the magnetic field that is second-order differentiated in the z-axis direction (inside parentheses: difference in the first direction) in the x-axis direction (inside brackets: second). The magnetic detection coil 1b is further differentiated in the y-axis direction (difference in the third direction). That is, the magnetic detection coil 1b is a magnetic detection coil that detects a magnetic field that is first-order differentiated or second-order differentiated in three different directions. With this configuration, the magnetic detection coil 1b can reduce the environmental magnetic field as compared with the case where the secondary differential coil 183 in FIG. 10C is used.

なお、図1および図2に示す磁気検出コイル1a,1bは、コイルの形状が円筒状であるとしているが、これに限らず、例えば多角形状のコイルを用いてもよい。また、図1および図2に示す磁気検出コイル1a,1bは、磁場を微分する3方向が直交するとしているが、これに限らず、微分する3方向が直交していなくてもよい。このとき、各コイルの中心を結んだ図形が平行四辺形を形成する必要がある。この場合、例えば図2において、コイル21a、コイル22a、コイル23a、コイル24aはそれぞれ同一平面上に存在しなくてもよい。他のコイルについても同様に、それぞれが同一平面状に存在するとは限らない。   The magnetic detection coils 1a and 1b shown in FIGS. 1 and 2 are assumed to have a cylindrical shape, but the present invention is not limited to this, and for example, a polygonal coil may be used. In addition, although the magnetic detection coils 1a and 1b shown in FIGS. 1 and 2 are assumed to be orthogonal in the three directions for differentiating the magnetic field, the present invention is not limited to this, and the three directions to be differentiated may not be orthogonal. At this time, the figure connecting the centers of the coils needs to form a parallelogram. In this case, for example, in FIG. 2, the coil 21a, the coil 22a, the coil 23a, and the coil 24a do not have to exist on the same plane. Similarly, the other coils do not necessarily exist on the same plane.

[シミュレーション結果]
次に、図3から図4を参照して、本実施形態における磁気検出コイル1が検出する磁気信号の信号強度(以降、信号強度と記載する)に対する効果を説明する。
シミュレーションに用いた磁場信号源として、約30週の典型的な胎児の心筋電流ダイポールを仮定した(“A vector fetal magnetocardiogram system with high sensitivity”A. Kandori, T. Miyashita, and K. Tsukada, Review of Scientific Instruments (米国), 1999年12月,第70巻,p.4702 参照)。電流ダイポールQは、電流が1点 r=(0,0,−z) に集中していると仮定し、電流密度をJ(r)として以下の式で定義される(“Basic mathematical and electromagnetic concepts of the biomagnetic inverse problem”J. Sarvas, Physics in Medicine and Biology, 1987年1月, 第32巻, p.11参照)。
[simulation result]
Next, with reference to FIG. 3 to FIG. 4, an effect on the signal intensity of the magnetic signal detected by the magnetic detection coil 1 in the present embodiment (hereinafter referred to as signal intensity) will be described.
Assuming a typical fetal myocardial current dipole of about 30 weeks (“A vector fetal magnetocardiogram system with high sensitivity” A. Kandori, T. Miyashita, and K. Tsukada, Review of (See Scientific Instruments, USA, December 1999, Volume 70, p. 4702). The current dipole Q is defined by the following equation assuming that the current is concentrated at one point r 0 = (0,0, −z 0 ), and assuming that the current density is J (r) (“Basic mathematical and electromagnetic concepts of the biomagnetic inverse problem ”, J. Sarvas, Physics in Medicine and Biology, January 1987, Vol. 32, p.11).

J(r)=δ(r−r)・Q ・・・(式6) J (r) = δ (r−r 0 ) · Q (Formula 6)

ここで、δ(r−r)はデルタ関数を表す。したがって、電流ダイポールQがつくる磁場B(r)は以下の式で表される。 Here, δ (r−r 0 ) represents a delta function. Therefore, the magnetic field B (r) generated by the current dipole Q is expressed by the following equation.

B(r)=(μ/4π)Q×(r−r) /|r−r ・・・(式7) B (r) = (μ 0 / 4π) Q × (r−r 0 ) / | r−r 0 | 3 (Expression 7)

ここで、胎児の心筋電流ダイポールをQ=(250cosθ,250sinθ,0)(nA・m)とし、磁気検出コイルから電流ダイポールQまでの距離をz=49(mm)、軸方向のコイル間距離は50(mm)をとした。μ=4π/10は真空の透磁率を表す。 Here, the myocardial current dipole of the fetus is Q = (250 cos θ, 250 sin θ, 0) (nA · m), the distance from the magnetic detection coil to the current dipole Q is z 0 = 49 (mm), and the inter-coil distance in the axial direction Was 50 (mm). μ 0 = 4π / 10 7 represents the permeability of vacuum.

ここで、図10(c)、図11、図2を参照しつつ、図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)および図4を参照して、各磁気検出コイル1b,183,200が検出する信号強度の説明をする。
図3は、θ=0(度)、すなわち、電流ダイポールQ=(250,0,0)(nA・m)が存在する時の各磁気検出コイル1b,183,200の信号強度の分布であり、(a)は、図10(c)に示す2次微分型コイルを使用した場合、(b)は、図11に示す磁気検出コイルを使用した場合、(c)は、図2に示す磁気検出コイルを使用した場合を示す。
図3(a)は、図10(c)に示される2次微分型コイル183が検出する信号強度の分布である。図3(a)では、2次微分型コイル183のコイル183aの中心位置をグラフ上の(x,y,0)(m)とする。ここで、信号強度の絶対値は、(x,y)=(0,±30)(mm)で最大値2.8pTをとる。
Here, referring to FIG. 3 (a) to (c), FIG. 4 (a) to (c) and FIG. 4 while referring to FIG. 10 (c), FIG. 11 and FIG. The signal intensity detected by 1b, 183, 200 will be described.
FIG. 3 is a signal intensity distribution of each of the magnetic detection coils 1b, 183, and 200 when θ = 0 (degrees), that is, when there is a current dipole Q = (250, 0, 0) (nA · m). (A) shows the case where the secondary differential type coil shown in FIG. 10 (c) is used, (b) shows the case where the magnetic detection coil shown in FIG. 11 is used, and (c) shows the magnetism shown in FIG. The case where a detection coil is used is shown.
FIG. 3A shows the distribution of signal strength detected by the secondary differential type coil 183 shown in FIG. In FIG. 3A, the center position of the coil 183a of the secondary differential coil 183 is defined as (x, y, 0) (m) on the graph. Here, the absolute value of the signal intensity has a maximum value of 2.8 pT when (x, y) = (0, ± 30) (mm).

図3(b)は、図11に示される磁気検出コイル200が検出する信号強度の分布である。図3(b)では、磁気検出コイル200におけるコイル201aの中心P201aとコイル202aの中心P202aの中点をグラフ上の(x,y,0)(m)とする。ここで、信号強度の絶対値は、(x,y)=(−35,±30)(mm)で最大値2.3pTをとる。
図3(c)は、図2に示される磁気検出コイル1bが検出する信号強度の分布である。磁気検出コイル1bにおけるコイル21a、22a、23a、24aの中心をそれぞれP21a、P22a、P23a、P24aとすると、図3(c)では、P21a、P22a、P23a、P24aの重心をグラフ上の(x,y,0)(m)とする。ここで、信号強度の絶対値は、(x,y)=(±35,0)(mm)で最大値4.5pTをとる。したがって、θ=0(度)の場合では、3つの磁気検出コイル1b,183,200のうち、図2に示される磁気検出コイル1bが最大の信号強度を検出することがわかる。
なお、ここで、r,r,J(r),B(r)およびQは、それぞれベクトルである。
FIG. 3B shows a distribution of signal intensity detected by the magnetic detection coil 200 shown in FIG. In FIG. 3B, the midpoint of the center P 201a of the coil 201a and the center P 202a of the coil 202a in the magnetic detection coil 200 is defined as (x, y, 0) (m) on the graph. Here, the absolute value of the signal intensity takes a maximum value of 2.3 pT when (x, y) = (− 35, ± 30) (mm).
FIG. 3C shows a distribution of signal intensity detected by the magnetic detection coil 1b shown in FIG. Coil 21a in the magnetic detection coil 1b, 22a, 23a, 24a about respective P 21a of, P 22a, P 23a, when the P 24a, in FIG. 3 (c), P 21a, P 22a, P 23a, the P 24a The center of gravity is defined as (x, y, 0) (m) on the graph. Here, the absolute value of the signal intensity is (x, y) = (± 35, 0) (mm) and takes a maximum value of 4.5 pT. Therefore, in the case of θ = 0 (degrees), it can be seen that among the three magnetic detection coils 1b, 183, and 200, the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2 detects the maximum signal intensity.
Here, r, r 0 , J (r), B (r), and Q are vectors.

図4は、電流ダイポールの角度θと、各磁気検出コイルが検出する信号強度の絶対値の最大値との関係を表すグラフである。
ここで、図4における曲線103、曲線102および曲線101は、それぞれ、図10(c)に示される2次微分型コイル183、図11に示される磁気検出コイル200および図2に示される磁気検出コイル1b)が検出する信号強度の絶対値の最大値を表す。図10(c)に示される2次微分型コイル183が検出する信号強度の絶対値の最大値は、電流ダイポールの角度θによらず2.8pTで一定である。また、図11に示される磁気検出コイル200が検出する信号強度の絶対値の最大値は、θ=0の時に最小値2.3pTをとり、θ=90の時に最大値5.6pTをとる。さらに、図2に示される磁気検出コイル1bが検出する信号強度の絶対値の最大値は、θ=45の時に最小値3.2pTをとり、θ=0および90のときに最大値4.5pTをとる。
以上の結果より、曲線101〜103のうち、電流ダイポールの角度θによらず安定に信号強度を確保するのは最小値が最も大きい曲線101であることがわかる。すなわち、図2に示される磁気検出コイル1bが安定に信号強度を確保するという観点から最も望ましいことがわかる。つまり、図2に示される磁気検出コイル1bは、信号源の電流方向によらずに、安定した磁気信号の検出を可能とする。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle θ of the current dipole and the maximum absolute value of the signal intensity detected by each magnetic detection coil.
Here, a curve 103, a curve 102, and a curve 101 in FIG. 4 are respectively a second-order differential type coil 183 shown in FIG. 10C, a magnetic detection coil 200 shown in FIG. 11, and a magnetic detection shown in FIG. This represents the maximum absolute value of the signal intensity detected by the coil 1b). The maximum value of the absolute value of the signal intensity detected by the secondary differential coil 183 shown in FIG. 10C is constant at 2.8 pT regardless of the current dipole angle θ. Further, the maximum value of the absolute value of the signal intensity detected by the magnetic detection coil 200 shown in FIG. 11 takes a minimum value of 2.3 pT when θ = 0, and takes a maximum value of 5.6 pT when θ = 90. Further, the maximum value of the absolute value of the signal intensity detected by the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2 takes a minimum value of 3.2 pT when θ = 45, and a maximum value of 4.5 pT when θ = 0 and 90. Take.
From the above results, it can be seen that among the curves 101 to 103, the curve 101 having the largest minimum value stably secures the signal strength regardless of the current dipole angle θ. That is, it can be seen that the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2 is most desirable from the viewpoint of ensuring signal strength stably. That is, the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2 enables stable magnetic signal detection regardless of the current direction of the signal source.

さらに、(式5)から、図2に示す磁気検出コイル1bは、2次微分型コイル183および磁気検出コイル200に比べて、環境磁場をより低減することが期待されることから、磁気検出コイル1bは、2次微分型コイル183および磁気検出コイル200よりも高いS/N比が得られると考えられる。同様のことは、(式4)から、図1に示す磁気検出コイル1aについてもいえる。   Furthermore, from (Equation 5), the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2 is expected to reduce the environmental magnetic field more than the secondary differential coil 183 and the magnetic detection coil 200. It is considered that 1b can obtain a higher S / N ratio than the secondary differential type coil 183 and the magnetic detection coil 200. The same can be said for the magnetic detection coil 1a shown in FIG.

[磁気検出コイル その3]
図5は、本実施形態における磁気検出コイルを示す斜視図である。
磁気検出コイル1c(1)は、x、y、z軸の各方向の電流成分の磁場について、3方向の磁場勾配を検出する磁気検出コイル組である。
磁気検出コイル1cは、コイル組61〜64を有してなる。
コイル組61は、図2の2次微分型コイル21〜24と同様の構成を有している2次微分型コイル61zと、2次微分型コイル61zにおける各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル61xと、2次微分型コイル61z,61xの各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル61yとを有する。各2次微分型コイル61y,61zのループは、z軸方向に対し、一番下方のループが、1回ループを形成し、このループの上のループが、2回ループを形成し、z軸方向に対し、一番上方のループが、1回ループを形成している。また、ここでは、各2次微分型コイル61x,61y,61zの各ループ面は、直交しているとしたが、これに限らず、各ループ面の方向が同じでなければ、必ずしも直交していなくてもよい。
[Magnetic detection coil 3]
FIG. 5 is a perspective view showing a magnetic detection coil in the present embodiment.
The magnetic detection coil 1c (1) is a magnetic detection coil set that detects a magnetic field gradient in three directions with respect to the magnetic field of the current component in each direction of the x, y, and z axes.
The magnetic detection coil 1c includes coil sets 61 to 64.
The coil set 61 is orthogonal to the secondary differential type coil 61z having the same configuration as the secondary differential type coils 21 to 24 of FIG. 2 and the loop surfaces of the secondary differential type coil 61z. A secondary differential coil 61x having a loop surface and a secondary differential coil 61y having a loop surface orthogonal to the loop surfaces of the secondary differential coils 61z and 61x. Regarding the loops of the respective secondary differential type coils 61y and 61z, the lowermost loop forms a loop once with respect to the z-axis direction, the loop above this loop forms a loop twice, and the z-axis The uppermost loop with respect to the direction forms a loop once. Here, the loop surfaces of the secondary differential coils 61x, 61y, 61z are orthogonal to each other. However, the present invention is not limited to this, and the directions are not necessarily orthogonal if the directions of the loop surfaces are not the same. It does not have to be.

コイル組61と同様に、コイル組62は、図2の2次微分型コイル21〜24と同様の構成を有している2次微分型コイル62zと、2次微分型コイル62zにおける各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル62xと、2次微分型コイル62z,62xの各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル62yとを有する。
また、コイル組63は、図2の2次微分型コイル21〜24と同様の構成を有している2次微分型コイル63zと、2次微分型コイル63zにおける各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル63xと、2次微分型コイル63z,63xの各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル63yとを有する。
さらに、コイル組64は、図2の2次微分型コイル21〜24と同様の構成を有している2次微分型コイル64zと、2次微分型コイル64zにおける各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル64xと、2次微分型コイル64z,64xの各ループ面に対して、直交しているループ面を有する2次微分型コイル64yとを有する。
Similar to the coil set 61, the coil set 62 includes a secondary differential type coil 62z having the same configuration as the secondary differential type coils 21 to 24 in FIG. 2, and each loop surface in the secondary differential type coil 62z. On the other hand, the secondary differential type coil 62x having an orthogonal loop surface and the secondary differential type coil 62y having an orthogonal loop surface with respect to each loop surface of the secondary differential type coils 62z and 62x. And have.
The coil set 63 is orthogonal to the secondary differential type coil 63z having the same configuration as the secondary differential type coils 21 to 24 of FIG. 2 and the loop surfaces of the secondary differential type coil 63z. A secondary differential coil 63x having a loop surface, and a secondary differential coil 63y having a loop surface orthogonal to the loop surfaces of the secondary differential coils 63z and 63x.
Furthermore, the coil set 64 is orthogonal to the secondary differential type coil 64z having the same configuration as the secondary differential type coils 21 to 24 in FIG. 2 and the loop surfaces of the secondary differential type coil 64z. A secondary differential coil 64x having a loop surface, and a secondary differential coil 64y having a loop surface orthogonal to each loop surface of the secondary differential coils 64z and 64x.

2次微分型コイル61x〜64xは、1本の超伝導線材などの線材で構成されている。同様に、2次微分型コイル61y〜64yおよび2次微分型コイル61z〜64zも、1本の超伝導線材などの線材で構成されている。ここで、2次微分型コイル61x〜64x、2次微分型コイル61y〜64yおよび2次微分型コイル61z〜64zは、異なる線材で構成されている。すなわち、2次微分型コイル61x〜64x、2次微分型コイル61y〜64yおよび2次微分型コイル61z〜64zは、それぞれ独立した磁気検出コイル6x,6y,6zである。磁気検出コイル6x,6y,6zは、各コイル61〜64のz軸に対し上方で、束となり(図5の太線部分)、交差部65および交差部66で各線材を交差させることにより、図2と同様に第2の方向の差分をとり、交差部67で線材を交差させることにより、図2と同様に第3の方向の差分をとる。   The secondary differential coils 61x to 64x are made of a wire such as a single superconducting wire. Similarly, the secondary differential coils 61y to 64y and the secondary differential coils 61z to 64z are also composed of a wire such as one superconducting wire. Here, the secondary differential coils 61x to 64x, the secondary differential coils 61y to 64y, and the secondary differential coils 61z to 64z are made of different wire materials. That is, the secondary differential coils 61x to 64x, the secondary differential coils 61y to 64y, and the secondary differential coils 61z to 64z are independent magnetic detection coils 6x, 6y, and 6z, respectively. The magnetic detection coils 6x, 6y, and 6z are bundled above the z-axis of each of the coils 61 to 64 (thick line portion in FIG. 5), and the crossing portions 65 and 66 intersect each wire to cross the line. The difference of the 2nd direction is taken like 2 and the difference of the 3rd direction is taken like FIG. 2 by making a crossing part 67 cross a wire.

このような構成により、x、y、z軸の各方向(異なる方向)の成分の磁場を検出できる。通常、磁気信号はz成分のみならず、x成分、y成分にも存在するので、各成分を合成することにより信号強度が増大し、その結果、z成分の磁場のみを検出する図2の磁気検出コイル1bよりも高いS/N比が得られると考えられる。   With such a configuration, it is possible to detect the magnetic field of the component in each direction (different directions) of the x, y, and z axes. Usually, the magnetic signal is present not only in the z component but also in the x component and the y component, so that the signal intensity is increased by combining the components, and as a result, only the magnetic field of the z component is detected. It is considered that an S / N ratio higher than that of the detection coil 1b can be obtained.

本実施形態は、磁気検出コイル1cを構成する各コイルは、2次微分型コイルであるとしたが、これに限らず、1次微分型コイルとしてもよい。   In the present embodiment, each coil constituting the magnetic detection coil 1c is a second-order differential type coil, but is not limited thereto, and may be a first-order differential type coil.

[磁気検出コイルの利用例:心磁計測装置]
ここで、図1、図2、および図5を参照しつつ、図6に沿って本実施形態の磁気検出コイル1を用いた生体磁場計測装置1000(磁場計測装置)の説明をする。
図6は、本実施形態における生体磁場計測装置の全体構成を示す斜視図である。
生体磁場計測装置1000において、図1に示される磁気検出コイル1aあるいは図2に示される磁気検出コイル1bあるいは図5に示される磁気検出コイル1c、およびSQUIDはクライオスタット1001内で低温に保持されている。ここで、クライオスタット1001の底面とz軸が垂直であるとする。クライオスタット1001内には液体ヘリウムが充填され、外界と真空層で断熱されている。クライオスタット1001はガントリ1002によって支持される。生体磁場計測の被検者はベッド1003に横たわり、計測部位(心磁計側であれば胸部あるいは背面)をクライオスタット1001の底面に近づけるようにベッド1003の高さと水平方向の位置を調節する。計測・制御回路1004により、SQUID磁束計を制御し、検出した磁気信号を電圧信号に変換して、信号処理・表示装置1005に伝達する。信号処理・表示装置1005では、DSPを用いて環境磁場を除去する処理を行い、被検者の生体の磁気信号を検出して信号処理・表示装置1005にリアルタイムで心磁波形または脳磁波形、等磁場線図、電流分布図等を表示することができる。
[Application example of magnetic detection coil: magnetocardiograph]
Here, the biomagnetic field measurement apparatus 1000 (magnetic field measurement apparatus) using the magnetic detection coil 1 of the present embodiment will be described along FIG. 6 with reference to FIGS. 1, 2, and 5.
FIG. 6 is a perspective view showing the overall configuration of the biomagnetic field measurement apparatus according to this embodiment.
In the biomagnetic field measurement apparatus 1000, the magnetic detection coil 1a shown in FIG. 1, the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2, the magnetic detection coil 1c shown in FIG. 5, and the SQUID are held at a low temperature in the cryostat 1001. . Here, it is assumed that the bottom surface of the cryostat 1001 and the z-axis are perpendicular. The cryostat 1001 is filled with liquid helium, and is insulated from the outside by a vacuum layer. The cryostat 1001 is supported by a gantry 1002. The subject of biomagnetic field measurement lies on the bed 1003 and adjusts the height and horizontal position of the bed 1003 so that the measurement site (the chest or back surface on the magnetocardiograph side) is close to the bottom surface of the cryostat 1001. The SQUID magnetometer is controlled by the measurement / control circuit 1004, and the detected magnetic signal is converted into a voltage signal and transmitted to the signal processing / display device 1005. The signal processing / display device 1005 performs processing for removing the environmental magnetic field using a DSP, detects a magnetic signal of the living body of the subject, and displays the magnetocardiogram waveform or the magnetoencephalogram waveform in real time on the signal processing / display device 1005. Isomagnetic field diagrams, current distribution diagrams, and the like can be displayed.

[磁気検出コイルの利用例:胎児心磁計測装置]
ここで、図1、図2、および図5を参照しつつ、図7に沿って本実施形態の磁気検出コイル1を用いた磁場計測装置の一種である胎児心磁計測装置1100の説明をする。
図7は、本実施形態における胎児心磁計測装置を示す斜視図である。
胎児心磁計測装置1100において、図1に示される磁気検出コイル1aあるいは図2に示される磁気検出コイル1bあるいは図5に示される磁気検出コイル1c、およびSQUIDはクライオスタット1101内で低温に保持される。ここで、クライオスタット1101の底面とz軸が垂直であるとする。クライオスタット1101内には液体ヘリウムが充填され、外界と真空層で断熱されている。クライオスタット1101はガントリ1102によって支持される。ただし、クライオスタット1101は可動であり、水平方向または上下方向に移動し、またクライオスタット1101自体の傾きも調整できるものとする。被検者である母体1103の腹部に磁気検出コイル1を近づけるようにクライオスタット1101の位置を調整する。計測・制御回路1105により、SQUID磁束計を制御し、検出した磁気信号を電圧信号に変換して信号処理・表示装置1106に伝達する。信号処理・表示装置1106では、DSPを用いて環境磁場や母体1103由来の心磁信号を除去する処理を行い、胎児1104の心磁信号を検出して信号処理・表示装置1106にリアルタイムで胎児心磁波形1107を表示するとともに、胎児1104の心磁信号から心拍数を計算してリアルタイムに心拍数1108を表示する。以上の構成をもつ胎児心磁計測装置1100により、胎児1104の心磁波形1107および心拍数1108をリアルタイムでモニタリングすることができる。
[Example of use of magnetic detection coil: fetal magnetocardiography]
Here, referring to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 5, a fetal magnetocardiograph 1100, which is a kind of magnetic field measuring apparatus using the magnetic detection coil 1 of the present embodiment, will be described along FIG. .
FIG. 7 is a perspective view showing a fetal magnetocardiograph in the present embodiment.
In the fetal magnetocardiograph 1100, the magnetic detection coil 1a shown in FIG. 1, the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2, the magnetic detection coil 1c shown in FIG. 5, and the SQUID are held at a low temperature in the cryostat 1101. . Here, it is assumed that the bottom surface of the cryostat 1101 is perpendicular to the z-axis. The cryostat 1101 is filled with liquid helium and is insulated from the outside by a vacuum layer. The cryostat 1101 is supported by the gantry 1102. However, the cryostat 1101 is movable, moves in the horizontal direction or the vertical direction, and the inclination of the cryostat 1101 itself can be adjusted. The position of the cryostat 1101 is adjusted so that the magnetic detection coil 1 is brought close to the abdomen of the mother body 1103 that is the subject. The SQUID magnetometer is controlled by the measurement / control circuit 1105, and the detected magnetic signal is converted into a voltage signal and transmitted to the signal processing / display device 1106. The signal processing / display device 1106 performs processing for removing the environmental magnetic field and the magnetocardiogram signal derived from the mother body 1103 using a DSP, detects the magnetocardiogram signal of the fetus 1104, and detects the fetal heart in the signal processing / display device 1106 in real time. While displaying the magnetic waveform 1107, the heart rate is calculated from the magnetocardiogram signal of the fetus 1104 and the heart rate 1108 is displayed in real time. With the fetal magnetocardiograph 1100 having the above configuration, the magnetocardiogram waveform 1107 and heart rate 1108 of the fetus 1104 can be monitored in real time.

[磁気検出コイルの利用例:脳磁計測装置]
ここで、図1、図2、および図5を参照しつつ、図8に沿って本実施形態の磁気検出コイル1を用いた脳磁計測装置1200の説明をする。
図8は本実施形態における磁場計測装置の一種である脳磁計測装置を示す斜視図である。
図1に示される磁気検出コイル1aあるいは図2に示される磁気検出コイル1bあるいは図5に示される磁気検出コイル1c、およびSQUIDはクライオスタット1201a,1201b内で低温に保持される。ここで、クライオスタット1201a,1201bの側面とz軸が垂直であるとする。クライオスタット1201a,1201b内には液体ヘリウムが充填され、外界と真空層で断熱されている。クライオスタット1201a,1201bはガントリ1202によって支持される。ただし、クライオスタット1201a,1201bは可動であり、水平方向または上下方向に移動し、またクライオスタット1201a,1201b自体の傾きも調整できるものとする。被検者1203の頭部の計測位置にクライオスタット1201a,1201b内の磁気検出コイル1を近づけるようにクライオスタット1201a,1201bの位置を調整する。計測・制御回路1205a,1205bにより、SQUID磁束計を制御し、検出した磁気信号を電圧信号に変換して、信号処理・表示装置1206に伝達する。信号処理・表示装置1206では、DSPを用いて環境磁場を除去する処理を行い、被検者1203の脳磁信号を検出して信号処理・表示装置1206にリアルタイムで脳磁波形1207a,1207bを表示する。また、神経の伝達時間を計測するために、聴覚刺激装置1204を用いて被検者1203の耳に音声刺激を行い、その反応をリアルタイムにモニタリングし、さらに、脳磁波形1207a,1207bより、それぞれピークの時間差を計算して、伝達時間1208をリアルタイムに表示することができる。ここで、前記の聴覚刺激や視覚刺激、体性感覚刺激等の応答に起因する感覚刺激誘発脳磁場の他に、自発脳磁場や事象関連脳磁場も計測することができる。
[Application example of magnetic detection coil: magnetoencephalography measurement device]
Here, with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 5, a magnetoencephalogram measuring apparatus 1200 using the magnetic detection coil 1 of the present embodiment will be described along FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing a magnetoencephalogram measuring apparatus which is a kind of magnetic field measuring apparatus in the present embodiment.
The magnetic detection coil 1a shown in FIG. 1, the magnetic detection coil 1b shown in FIG. 2, the magnetic detection coil 1c shown in FIG. 5, and the SQUID are kept at a low temperature in the cryostats 1201a and 1201b. Here, it is assumed that the side surfaces of the cryostats 1201a and 1201b are perpendicular to the z-axis. The cryostats 1201a and 1201b are filled with liquid helium and insulated from the outside and the vacuum layer. The cryostats 1201a and 1201b are supported by a gantry 1202. However, the cryostats 1201a and 1201b are movable, move in the horizontal direction or the vertical direction, and the inclination of the cryostats 1201a and 1201b themselves can be adjusted. The positions of the cryostats 1201a and 1201b are adjusted so that the magnetic detection coils 1 in the cryostats 1201a and 1201b are close to the measurement position of the head of the subject 1203. The SQUID magnetometer is controlled by the measurement / control circuits 1205a and 1205b, and the detected magnetic signal is converted into a voltage signal and transmitted to the signal processing / display device 1206. The signal processing / display device 1206 performs processing for removing the environmental magnetic field using a DSP, detects the brain magnetic signal of the subject 1203, and displays the magnetoencephalogram waveforms 1207a, 1207b in real time on the signal processing / display device 1206. To do. Moreover, in order to measure the nerve transmission time, the auditory stimulation device 1204 is used to stimulate the voice of the subject 1203 and monitor the reaction in real time. Further, from the magnetoencephalogram waveforms 1207a and 1207b, The time difference between the peaks can be calculated and the transmission time 1208 can be displayed in real time. Here, in addition to the sensory stimulation-induced brain magnetic field caused by the responses such as the auditory stimulus, visual stimulus, and somatosensory stimulus, a spontaneous brain magnetic field and an event-related brain magnetic field can also be measured.

以上で説明した本実施形態の磁気検出コイル1の実施形態では、垂直方向に1次微分又は2次微分する磁気検出コイル1を例として説明したが、本実施形態の磁気検出コイル1では、異なる3方向に微分された信号を検出する構成をもっており、例えばz方向に3次以上微分する磁気検出コイル1でもよい。
また、以上で説明した実施形態では、磁気検出コイル1の検出した磁束を電圧値に変換する磁束計としてSQUID磁束計を例にとったが、その他にも磁束計として、磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子、フラックスゲート磁束計、光ポンピング磁束計等の他の磁束計を用いてもよい。また、SQUIDとして、液体ヘリウムを用いて冷却する例を説明したが、冷凍機や、高温超電導部材から構成されるSQUIDであれば液体窒素を用いて冷却してもよい。
In the embodiment of the magnetic detection coil 1 of the present embodiment described above, the magnetic detection coil 1 that performs first-order differentiation or second-order differentiation in the vertical direction has been described as an example. However, the magnetic detection coil 1 of the present embodiment is different. The magnetic detection coil 1 may be configured to detect a signal differentiated in three directions, for example, a third-order or more differential in the z direction.
In the embodiment described above, the SQUID magnetometer is taken as an example of the flux meter that converts the magnetic flux detected by the magnetic detection coil 1 into a voltage value. Other magnetometers such as a resistance element, a fluxgate magnetometer, and an optical pumping magnetometer may be used. Moreover, although the example cooled using liquid helium was demonstrated as SQUID, if it is SQUID comprised from a refrigerator or a high temperature superconducting member, you may cool using liquid nitrogen.

本実施形態によれば、信号源の電流方向によらずに、安定した磁気信号の検出を可能となる。
本実施形態によれば、S/N比を向上させ、より高感度で正確な計測が可能な生体磁場計測装置を実現でき、磁気シールドの無い環境においても生体磁場計測を行うことが可能となる。
According to the present embodiment, it is possible to detect a stable magnetic signal regardless of the current direction of the signal source.
According to the present embodiment, a biomagnetic field measurement device capable of improving the S / N ratio and capable of more sensitive and accurate measurement can be realized, and biomagnetic field measurement can be performed even in an environment without a magnetic shield. .

本実施形態における磁気検出コイルを示す斜視図である(その1)。It is a perspective view which shows the magnetic detection coil in this embodiment (the 1). 本実施形態における磁気検出コイルを示す斜視図である(その2)。It is a perspective view which shows the magnetic detection coil in this embodiment (the 2). θ=0(度)、すなわち、電流ダイポールQ=(250,0,0)(nA・m)が存在する時の各検出コイルの信号強度の分布であり、(a)は、図10(c)に示す2次微分型コイルを使用した場合、(b)は、図11に示す磁気検出コイルを使用した場合、(c)は、図2に示す磁気検出コイルを使用した場合を示す。θ = 0 (degrees), that is, the signal intensity distribution of each detection coil when the current dipole Q = (250, 0, 0) (nA · m) is present, and FIG. (B) shows the case where the magnetic detection coil shown in FIG. 11 is used, and (c) shows the case where the magnetic detection coil shown in FIG. 2 is used. 電流ダイポールの角度θと、各磁気検出コイルが検出する信号強度の絶対値の最大値との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the angle (theta) of a current dipole, and the maximum absolute value of the signal strength which each magnetic detection coil detects. 本実施形態における磁気検出コイルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic detection coil in this embodiment. 本実施形態における生体磁場計測装置の全体構成を示す斜視図である(その3)。It is a perspective view which shows the whole structure of the biomagnetic field measuring apparatus in this embodiment (the 3). 本実施形態における胎児心磁計測装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fetus magnetocardiograph in this embodiment. 本実施形態における脳磁計測装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetoencephalogram measuring apparatus in this embodiment. 一般的な磁場計測装置におけるFLL回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the FLL circuit in a common magnetic field measuring device. 生体磁場計測装置に使用される一般的な磁気検出コイルの模式図であり、(a)は、0次微分型コイル(マグネトメータ)、(b)は、1次微分型コイル、(c)は、2次微分型コイル、(d)は、薄膜基板上に形成された0次微分型コイル、(e)は、薄膜基板上に形成された1次微分型コイルである。It is a schematic diagram of the general magnetic detection coil used for a biomagnetic field measuring device, (a) is a zero-order differential type coil (magnetometer), (b) is a primary differential type coil, (c) is A secondary differential coil, (d) is a zero-order differential coil formed on the thin film substrate, and (e) is a primary differential coil formed on the thin film substrate. 特許文献2に係る磁気検出コイルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the magnetic detection coil which concerns on patent document 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a,1b,1c 磁気検出コイル
11〜14 1次微分型コイル(磁気検出コイル1a)
15〜17 交差部(磁気検出コイル1a)
21〜24 2次微分型コイル(磁気検出コイル1b)
25〜27 交差部(磁気検出コイル1b)
61〜64 コイル組(磁気検出コイル1c)
6x〜6z 磁気検出コイル(磁気検出コイル1c)
65〜67 交差部(磁気検出コイル1c)
1000 生体磁場計測装置
1001 クライオスタット(生体磁場計測装置)
1002 ガントリ(生体磁場計測装置)
1003 ベッド
1004 計測・制御回路
1005 信号処理・表示装置
1100 胎児心磁計測装置
1101 クライオスタット(胎児心磁計測装置)
1102 ガントリ(胎児心磁計測装置)
1105 計測・制御回路
1106 信号処理・表示装置
1107 胎児心磁波形
1107 心磁波形
1200 脳磁計測装置
1201a,1201b クライオスタット(脳磁計測装置)
1202 ガントリ(脳磁計測装置)
1204 聴覚刺激装置
1205a 計測・制御回路
1206 信号処理・表示装置
1207a,1207b 脳磁波形
1208 伝達時間
1300 FLL回路
1301 磁気検出コイル(FLL回路)
1302 入力コイル
1303 SQUID
1304 フィードバックコイル
1305 バイアス電流源
1306 プリアンプ
1307 積分器
1308 フィードバック抵抗
1, 1a, 1b, 1c Magnetic detection coil 11-14 Primary differential type coil (magnetic detection coil 1a)
15-17 Crossing (Magnetic detection coil 1a)
21-24 Secondary differential coil (magnetic detection coil 1b)
25-27 intersection (magnetic detection coil 1b)
61-64 coil set (magnetic detection coil 1c)
6x-6z Magnetic detection coil (Magnetic detection coil 1c)
65-67 intersection (magnetic detection coil 1c)
1000 Biomagnetic field measurement apparatus 1001 Cryostat (Biomagnetic field measurement apparatus)
1002 Gantry (Biomagnetic field measurement device)
1003 Bed 1004 Measurement / control circuit 1005 Signal processing / display device 1100 Fetal magnetocardiograph 1101 Cryostat (fetal magnetocardiograph)
1102 Gantry (fetal magnetocardiograph)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1105 Measurement / control circuit 1106 Signal processing / display apparatus 1107 Fetal magnetocardiogram 1107 Magneto-magnetic waveform 1200 MEG measurement apparatus 1201a, 1201b Cryostat (magnetoencephalism measurement apparatus)
1202 Gantry (magnetoencephalograph)
1204 Auditory stimulator 1205a Measurement / control circuit 1206 Signal processing / display device 1207a, 1207b Magnetoencephalogram 1208 Transmission time 1300 FLL circuit 1301 Magnetic detection coil (FLL circuit)
1302 Input coil 1303 SQUID
1304 Feedback coil 1305 Bias current source 1306 Preamplifier 1307 Integrator 1308 Feedback resistance

Claims (9)

1本の線材である超伝導体または金属部材によって構成される磁気検出コイルであって、
第1の微分型コイル、および前記第1の微分型コイルと隣り合う第2の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、
第3の微分型コイル、および前記第3の微分型コイルと隣り合う第4の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、
前記第1の微分型コイル、および前記第1の微分型コイルと隣り合う前記第3の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、
当該4つの微分型コイルの中心を結んだ図形が平行四辺形となるよう配置されることを特徴とする磁気検出コイル。
A magnetic detection coil comprising a superconductor or metal member which is a single wire,
The first differential type coil and the second differential type coil adjacent to the first differential type coil are connected so that the value of the magnetic flux penetrating each differential type coil is differentiated,
The third differential type coil and the fourth differential type coil adjacent to the third differential type coil are connected so that the value of the magnetic flux penetrating each differential type coil is differentiated,
The first differential type coil and the third differential type coil adjacent to the first differential type coil are connected so that the value of the magnetic flux penetrating each differential type coil is differentiated,
A magnetic detection coil, wherein a figure connecting the centers of the four differential coils is arranged in a parallelogram.
前記平行四辺形は、正方形であることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出コイル。 The magnetic detection coil according to claim 1, wherein the parallelogram is a square. 前記微分型コイルとは、1次微分型コイルであることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出コイル。 The magnetic detection coil according to claim 1, wherein the differential type coil is a primary differential type coil. 前記微分型コイルとは、2次微分型コイルであることを特徴とする請求項1に記載の磁気検出コイル。 The magnetic detection coil according to claim 1, wherein the differential type coil is a secondary differential type coil. 請求項1に記載の磁気検出コイルを3つ組み合わせた磁気検出コイルであって、
各磁気検出コイルのコイル面は、互いに直交していることを特徴とする磁気検出コイル。
A magnetic detection coil obtained by combining three magnetic detection coils according to claim 1 ,
The magnetic detection coil is characterized in that the coil surfaces of the magnetic detection coils are orthogonal to each other.
磁気検出コイルが検出した磁気信号を、超伝導量子干渉素子に伝達する磁場計測装置であって、
前記磁気検出コイルは、
1本の線材である超伝導体または金属部材によって構成され、
第1の微分型コイル、および前記第1の微分型コイルと隣り合う第2の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、
第3の微分型コイル、および前記第3の微分型コイルと隣り合う第4の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、
前記第1の微分型コイル、および前記第1の微分型コイルと隣り合う前記第3の微分型コイルは、当該各微分型コイルを貫く磁束の値が差分されるよう接続され、
当該4つの微分型コイルの中心を結んだ図形が平行四辺形となるよう配置されることを特徴とする磁場計測装置。
A magnetic field measurement device for transmitting a magnetic signal detected by a magnetic detection coil to a superconducting quantum interference device,
The magnetic detection coil is
It is composed of a superconductor or metal member that is a single wire,
The first differential type coil and the second differential type coil adjacent to the first differential type coil are connected so that the value of the magnetic flux penetrating each differential type coil is differentiated,
The third differential type coil and the fourth differential type coil adjacent to the third differential type coil are connected so that the value of the magnetic flux penetrating each differential type coil is differentiated,
The first differential type coil and the third differential type coil adjacent to the first differential type coil are connected so that the value of the magnetic flux penetrating each differential type coil is differentiated,
A magnetic field measuring apparatus , wherein a figure connecting the centers of the four differential coils is arranged in a parallelogram .
心臓から発生する磁気信号を検出することを特徴とする請求項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring apparatus according to claim 6 , wherein a magnetic signal generated from the heart is detected. 前記心臓とは、胎児の心臓であることを特徴とする請求項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measuring apparatus according to claim 6 , wherein the heart is a fetal heart. 脳から発生する磁気信号を検出し、神経の伝達時間をモニタリングすることを特徴とする請求項に記載の磁場計測装置。 The magnetic field measurement apparatus according to claim 6 , wherein a magnetic signal generated from the brain is detected to monitor a nerve transmission time.
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